[发明专利]一种加载集总元件的反射超表面单元特性分析方法

说明书

本发明提出一种加载集总元件的反射超表面单元特性分析方法，用于解决现有技术中存在的分析速度慢和在不同频段下通用性差的问题。根据超表面单元模型端口的散射参数和集总元件二端口散射参数利用MATLAB编程得到反射特性；根据集总元件等效电路元件参数和超表面单元模型端口的散射参数利用MATLAB编程得到反射特性；根据前面两种方法结果相等时集总原件等效电路元件参数对超表面单元模型仿真获取反射特性；判断仿真和MATLAB编程得到的反射特性是否相等，若是，将仿真得到的反射特性作为最终结果，否则，调整仿真剖分网格重新仿真。本发明能够在不同频段下对加载集总元件的反射超表面单元特性进行快速分析，可用于可重构反射超表面单元的特性分析。

技术领域

本发明属于电磁超材料天线技术领域，涉及一种反射超表面单元反射特性分析方法，具体涉及一种加载集总元件的反射超表面单元特性分析方法，可用于可重构反射超表面单元的反射特性的分析。

背景技术

可重构反射超表面是加载有集总元件的反射超表面单元沿一维或二维周期排布组成的阵列，通过对集总元件的不同状态进行控制，使得反射超表面产生不同的特性。现有理论证明，对加载集总元件(变容二极管、PIN二极管、MEMS等)的可重构反射超表面单元反射特性的精确分析，其难点在于在不同的频段下，利用集总元件通用的等效电路得到的反射特性仿真结果与测量结果有时相同，而在大多数情况下结果不同，且在高频时两种结果的差异更大。原因在于集总元件在不同频段下对应的分布参数不同，相应的等效的电路模型不同，这就造成了可重构反射超表面单元反射特性的快速分析的困难。传统的反射特性分析方法是通过利用加载集总元件的等效电路元件参数对加载有集总元件的反射超表面单元仿真得到的仿真结果和利用波导对加载有集总元件的反射超表面单元测量结果的对比，得到加载有集总元件的反射超表面单元的反射特性。由于不同频段下集总元件的等效电路模型不同，所以传统分析方法在不同频段下通用性有限；另外利用波导对加载集总元件的反射阵单元进行测量很容易引入误差，需要进行反复的测量才能得到准确的测量结果，使得传统分析方法的速度大大降低，并且容易在结果中引入误差；这些缺陷使得传统反射特性分析方法在加载集总元件的可重构反射超表面单元反射特性分析的应用受到了极大的限制。合理的分析方法，可以提高对加载集总元件的可重构反射超表面单元的反射特性分析的速度、通用性和准确性。

Huanhuan Yang等人在A 1-Bit Multipolarization Reflectarray Element forReconfigurable Large-Aperture Antennas[J].IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,vol.16,pp.581-584,2017.中，公开了一种利用集总元件的等效电路模型对加载集总元件的多极化反射阵单元的反射特性分析方法，该方法在传统反射特性分析方法的基础上，通过对加载集总元件的多极化反射阵单元的背部馈电和形状大小设置，使得加载集总元件的多极化反射阵单元与波导口面很好吻合。该方法的优点是减少了利用波导测量时引入的部分误差，能够得到加载集总元件的多极化反射阵单元在特定频段下的反射特性，为加载集总元件的多极化反射阵单元的设计和快速优化提供了参考。但是由于利用波导对加载集总元件的多极化反射阵单元进行测量时，系统本身也存在误差，需要进行反复的测量才能得到准确的测量结果，这样该方法虽然解决了传统方法中的准确性问题，但是利用波导进行测量降低了分析速度，另外由于集总元件在不同的频段下的分布参数不同，在不同频段下集总元件的等效电路不同，该方法在不同频段下对加载集总元件的多极化反射阵单元的反射特性分析通用性有限。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种加载集总元件的反射超表面单元特性分析方法，旨在保证准确性的前提下实现在不同频段下的反射特性分析，并提高分析的速度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)获取反射超表面单元模型端口的散射参数S′：

(1a)建立反射超表面单元模型：